생물체의 각 조직이나 세포가 동맥혈(動脈血)로부터 산소를 흡수하고 탄산가스를 정맥(靜脈)속으로 배출하는 작용. 세포호흡(細胞呼吸)이라고도 한다. 생물 개체가 외부로부터 받아들인 이산화탄소를 배출하는 것은 외호흡(外呼吸)이고, 이와는 달리 세포가 체내에 받아들인 산소를 소비하여 세포 밖으로 이산화탄소를 방출하는 것이 내호흡이다.

또한 이 현상을 세포가 아닌 조직에서 본 경우에는 조직호흡이라고 한다. 생화학적으로 본 세포호흡은 동물이 분자상산소(分子狀酸素)를 이용하여 유기물을 산화분해하고 그 과정에서 생체에 이용 가능한 형태로 물질에 함유된 에너지를 획득하는 것을 말한다. 세균과 남조류를 제외한 진핵생물(眞核生物)에서 세포호흡을 담당하는 세포내기관은 미토콘드리아이다.

미토콘드리아는 외막과 내막으로 이루어진 2중막 구조를 가지며, 그 수는 세포 1개당 간세포에서는 약 2500개, 식물세포에서는 200개 정도이다. 미토콘드리아의 내막에 둘러싸인 기질(基質) 안에는 시트르산회로(回路), 지방산산화와 산화반응에 관여하는 효소군(酵素群)이 존재하며, 내막에는 전자전달계(電子傳達系)·산화적 인산화계의 여러 효소 및 숙신산탈수소효소 등이 결합하고 있다.

이런 것들이 작용하여 세포호흡을 하는 생화학적인 구조는 다음과 같다. 당·지방산·아미노산 등이 대사 분해되어 생긴 아세틸 보조효소(補助酵素)A는 다음에 시트르산회로로 들어가서 탈 수소되어 이산화탄소를 발생한다. 이렇게 하여 생긴 이산화탄소는 세포 밖으로 방출된다. 한편 없어진 수소는 전자전달계를 거쳐서 최종적으로 분자상산소를 이용하는 시토크롬산화효소에 의해 산화되어 물이 된다. 이 과정에서 호흡에 의해 들어온 산소가 소비된다.

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